(57)【要約】【課題】高温の運転条件下でも触媒担持層の耐久性が確保できる燃料改質装置と、全体的な装置の製造工程を単純化することができる燃料改質装置の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の例示的な実施形態による燃料改質装置は、燃料を含む所定反応物の流れを可能にするチャンネルを一面に形成し、ステンレス鋼からなる複数の反応基板及び前記反応基板の一面に密着するように積層形成され、前記チャンネルによる通路を形成する密着部を有し、前記反応基板は、前記チャンネルの表面にステンレス鋼の酸化で形成される酸化膜からなる担持層と、前記担持層上に形成される触媒層を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を含む所定反応物の流れを可能にするチャンネルを一面に形成し、ステンレス鋼からなる複数の反応基板と、
前記反応基板の一面に密着するように積層形成され、前記チャンネルによる通路を形成する密着部とを含み、
前記反応基板は、
前記チャンネルの表面にステンレス鋼の酸化で形成される酸化膜からなる担持層と、前記担持層上に形成される触媒層とを有することを特徴とする燃料改質装置。
【請求項２】
前記密着部は、前記複数の反応基板と、これらの反応基板のうちの最上側反応基板の一面に密着するように配置される蓋プレートとを有することを特徴とする、請求項１に記載の燃料改質装置。
【請求項３】
前記反応基板と前記密着部とによって、第１反応物の酸化反応を通じて熱エネルギーを発生させる熱源部を構成することを特徴とする、請求項１に記載の燃料改質装置。
【請求項４】
前記熱源部は前記反応基板と前記密着部とによって、前記第１反応物を流動させるための第１通路を形成し、
前記第１通路は両端が開放されて形成されることを特徴とする、請求項３に記載の燃料改質装置。
【請求項５】
前記反応基板と前記密着部とによって、前記熱エネルギーによる第２反応物の改質反応を通じて水素を含む改質ガスを発生させる改質反応部を構成することを特徴とする、請求項３に記載の燃料改質装置。
【請求項６】
前記改質反応部は、前記反応基板と前記密着部とによって、前記第２反応物を流動させるための第２通路を形成することを特徴とする、請求項５に記載の燃料改質装置。
【請求項７】
前記燃料としてブタンを主成分とする気体燃料を使用することを特徴とする、請求項１に記載の燃料改質装置。
【請求項８】
（ａ）ステンレス鋼からなる複数の基板を準備する段階と、
（ｂ）前記基板の上面をエッチングしてチャンネルを形成する段階と、
（ｃ）前記チャンネルの内表面を酸化処理して触媒担持層を形成する段階と、
（ｄ）前記触媒担持層上に触媒層を形成する段階と、
（ｅ）前記基板を積層して接合し、最上側基板の上面に蓋プレートを接合する段階とを有することを特徴とする燃料改質装置の製造方法。
【請求項９】
前記触媒担持層が酸化鉄皮膜として形成されることを特徴とする、請求項８に記載の燃料改質装置の製造方法。
【請求項１０】
前記（ｄ）段階は５００〜７００℃の温度雰囲気で前記チャンネルの内部に酸素を提供し、酸化鉄皮膜として前記触媒担持層を形成することを特徴とする、請求項８に記載の燃料改質装置の製造方法。
【請求項１１】
（ａ）ステンレス鋼からなる複数の基板を準備する段階と、
（ｂ）前記基板の上面をエッチングしてチャンネルを形成する段階と、
（ｃ）前記基板を積層されるように接合し、最上側基板の上面に蓋プレートを接合する段階と、
（ｄ）前記チャンネルの表面を酸化処理して触媒担持層を形成する段階と、
（ｅ）前記触媒担持層上に触媒層を形成する段階とを有することを特徴とする燃料改質装置の製造方法。
【請求項１２】
前記（ｄ）段階は５００〜７００℃の温度雰囲気で前記チャンネルの内部に酸素を提供し、酸化鉄皮膜として前記触媒担持層を形成することを特徴とする、請求項１１に記載の燃料改質装置の製造方法。
【請求項１３】
燃料を含む所定反応物の流れを可能にするチャンネルを一面に形成し、ニッケル鋼からなる複数の反応基板と、
前記反応基板の一面に密着するように積層形成され、前記チャンネルによる通路を形成する密着部とを有し、
前記反応基板は、
前記チャンネルの表面にニッケル鋼の酸化で形成された酸化膜からなる担持層と、前記担持層上に形成される触媒層を有することを特徴とする燃料改質装置。
【請求項１４】
（ａ）ニッケル鋼からなる複数の基板を準備する段階と、
（ｂ）前記基板の上面をエッチングしてチャンネルを形成する段階と、
（ｃ）前記チャンネルの内表面を酸化処理して触媒担持層を形成する段階と、
（ｄ）前記触媒担持層上に触媒層を形成する段階と、
（ｅ）前記基板を積層されるように接合し、最上側基板の上面に蓋プレートを接合する段階とを有することを特徴とする燃料改質装置の製造方法。
【請求項１５】
燃料を含む所定反応物の流れを可能にするチャンネルを一面に形成し、クロム鋼からなる複数の反応基板と、
前記反応基板の一面に密着するように積層形成され、前記チャンネルによる通路を形成する密着部とを有し、
前記反応基板は、
前記チャンネルの表面にクロム鋼の酸化で形成される酸化膜からなる担持層と、前記担持層上に形成される触媒層を有することを特徴とする燃料改質装置。
【請求項１６】
（ａ）クロム鋼からなる複数の基板を準備する段階と、
（ｂ）前記基板の上面をエッチングしてチャンネルを形成する段階と、
（ｃ）前記チャンネルの内表面を酸化処理して触媒担持層を形成する段階と、
（ｄ）前記触媒担持層上に触媒層を形成する段階と、
（ｅ）前記基板を積層されるように接合し、最上側基板の上面に蓋プレートを接合する段階とを有することを特徴とする燃料改質装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料改質装置に関し、より詳しくは気体燃料の酸化反応によって熱エネルギーを発生させ、この熱エネルギーによる気体燃料の改質反応によって水素を含む改質ガスを発生させる燃料改質装置及び、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
公知のように、燃料電池は炭化水素系の燃料を利用して電気エネルギーを発生させる発電システムとして構成される。
このような燃料電池は、高分子電解質型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）と、直接酸化型燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ、当業界では通常“直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）”とも言う）とに大別される。
【０００３】
このうち、高分子電解質型燃料電池は、出力特性が優れていて、作動温度が低く、速い始動及び応答特性によって自動車のような移動用電源をはじめとして、住宅、公共建物のような分散用電源及び電子機器用のような小型電源など、その応用範囲が広いという長所を有する。
【０００４】
このような高分子電解質型燃料電池方式を採用する燃料電池システムは、スタック（ｓｔａｃｋ）と呼ばれる燃料電池本体（以下、便宜上“スタック”と言う）と、燃料を改質して水素を含む改質ガス発生させ、この改質ガスをスタックに供給する燃料改質装置と、酸化剤ガスをスタックに供給する酸化剤ガス供給装置とを備える。その結果、スタックは燃料改質装置から供給される改質ガス及び酸化剤供給装置から供給される酸化剤ガスの電気化学的な反応によって電気エネルギーを発生させる。
【０００５】
高分子電解質型燃料電池方式の燃料電池システムにおいて、燃料改質装置は酸化触媒による燃料の酸化方式で熱エネルギーを発生させる熱源部と、この熱エネルギーを利用した燃料の改質反応によって水素を含む改質ガスを発生させる改質反応部とを有する。
【０００６】
このような従来の燃料改質装置は、一例として、ステンレス鋼（ＳＵＳ）からなる基板を複数で積層して熱源部と改質反応部とを構成する。そして、これらの基板には燃料の流れを可能にするチャンネルと、このチャンネルの表面に形成される触媒担持層と、この触媒担持層上に形成されて熱源部及び改質反応部の固有の反応を促進させる触媒層とが形成される。この時、触媒担持層は触媒層を支持するためもので、チャンネルの表面にコーティングされるように形成される酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる。
【０００７】
一方、最近はブタンのように市場で容易に得られる気体燃料を使用して、この気体燃料の酸化反応によって熱エネルギーを発生させ、この熱エネルギーによる気体燃料の改質反応によって改質ガスを発生させる燃料改質装置が開示されたこともある。
このように気体燃料を使用する従来燃料改質装置において、改質反応部はほぼ６００℃〜８００℃の温度雰囲気で気体燃料の改質反応を起こす。これに熱源部は気体燃料の酸化反応によって改質反応部の反応開始温度範囲に相応する熱エネルギーを発生させ、この熱エネルギーを改質反応部に提供する。さらに、従来の燃料改質装置はこれを製造することにおいてそれぞれの基板を積層し、これらを高温（ほぼ５００℃〜９００℃）の温度雰囲気で接合させる方式で製造されている。
【０００８】
しかし、従来の燃料改質装置は、前記のような高温の熱エネルギーによって基板のチャンネルに形成された触媒担持層が触媒層と共に剥離されたり、相変異を起こすなどの問題が発生する。したがって、従来の燃料改質装置は高温の熱エネルギーによる触媒担持層の耐久性が低下し、そのために装置の寿命が短縮することはもちろん装置の信頼性が低下する問題があった。
【０００９】
また、従来の燃料改質装置は、基板のチャンネルに別途の触媒担持層（Ａｌ２Ｏ３）をコーティングして形成するために製造工程が複雑になり、その結果、全体装置の生産性が低下するという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、高温の運転条件下でも触媒担持層の耐久性が確保できる燃料改質装置を提供することにある。
また、本発明の他の課題は、全体的な装置の製造工程を単純化することができる燃料改質装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的を達成するために本発明の例示的な実施例による燃料改質装置は、燃料を含む所定反応物の流れを可能にするチャンネルを一面に形成し、ステンレス鋼からなる複数の反応基板と、前記反応基板の一面に密着するように積層形成され、前記チャンネルによる通路を形成する密着部を有し、前記反応基板は、前記チャンネルの表面にステンレス鋼の酸化で形成される酸化膜からなる担持層と、前記担持層上に形成される触媒層を有する。
【００１２】
本発明の第２の例示的な実施例による燃料改質装置は、燃料を含む所定反応物の流れを可能にするチャンネルを一面に形成し、ニッケル鋼からなる複数の反応基板と、前記反応基板の一面に密着するように積層形成され、前記チャンネルによる通路を形成する密着部を有し、前記反応基板は、前記チャンネルの表面にニッケル鋼の酸化で形成される酸化膜からなる担持層と、前記担持層上に形成される触媒層を有する。
【００１３】
また、本発明の第３の例示的な実施例による燃料改質装置は、燃料を含む所定反応物の流れを可能にするチャンネルを一面に形成し、クロム鋼からなる複数の反応基板と、前記反応基板の一面に密着するように積層形成され、前記チャンネルによる通路を形成する密着部を有し、前記反応基板は、前記チャンネルの表面にクロム鋼の酸化で形成される酸化膜からなる担持層と、前記担持層上に形成される触媒層を有する。
【００１４】
前記密着部は、前記複数の反応基板と、この反応基板のうちの最上側反応基板の一面に密着するように配置される蓋プレートとを有することができる。
前記反応基板と前記密着部とによって、第１反応物の酸化反応を通じて熱エネルギーを発生させる熱源部を構成することができる。
【００１５】
前記熱源部は、前記反応基板と前記密着部とによって前記第１反応物を流動させるための第１通路を形成し、前記第１通路は両端が開放されるように形成することができる。
前記反応基板と前記密着部によって、前記熱エネルギーによる第２反応物の改質反応を通じて水素を含む改質ガスを発生させる改質反応部を構成することができる。
【００１６】
前記改質反応部は、前記反応基板と前記密着部によって、前記第２反応物を流動させるための第２通路を形成することができる。
前記燃料としてブタンを主成分とする気体燃料を使用することができる。
【００１７】
本発明の一実施例による燃料改質装置の製造方法は、ステンレス鋼からなる複数の基板を準備する段階と、前記基板の上面をエッチングしてチャンネルを形成する段階と、前記チャンネルの内表面を酸化処理して触媒担持層を形成する段階と、前記触媒担持層上に触媒層を形成する段階と、前記基板を積層されるように接合し、最上側基板の上面に蓋プレートを接合する段階とを有する。
【００１８】
本発明の他の実施例による燃料改質装置の製造方法は、ステンレス鋼からなる複数の基板を準備する段階と、前記基板の上面をエッチングしてチャンネルを形成する段階と、前記基板を積層されるように接合し、最上側基板の上面に蓋プレートを接合する段階と、接合された前記基板の前記チャンネルの表面を酸化処理して触媒担持層を形成する段階と、前記触媒担持層上に触媒層を形成する段階とを有する。
【００１９】
本発明の他の実施例による燃料改質装置の製造方法は、ニッケル鋼からなる複数の基板を準備する段階と、前記基板の上面をエッチングしてチャンネルを形成する段階と、前記チャンネルの内表面を酸化処理して触媒担持層を形成する段階と、前記触媒担持層上に触媒層を形成する段階と、前記基板を積層されるように接合し、最上側基板の上面に蓋プレートを接合する段階とを有する。
【００２０】
本発明の他の実施例による燃料改質装置の製造方法は、クロム鋼からなる複数の基板を準備する段階と、前記基板の上面をエッチングしてチャンネルを形成する段階と、前記チャンネルの内表面を酸化処理して触媒担持層を形成する段階と、前記触媒担持層上に触媒層を形成する段階と、前記基板を積層されるように接合し、最上側基板の上面に蓋プレートを接合する段階とを有する。
前記燃料改質装置の製造方法において、前記触媒担持層は酸化鉄皮膜で形成することができる。
【００２１】
前記前記チャンネルの内表面を酸化させる段階は、５００〜７００℃の温度雰囲気で前記チャンネルの内部に酸素を提供し、酸化鉄皮膜で前記触媒担持層を形成することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、ステンレス鋼、ニッケル鋼或いはクロム鋼からなる基板を酸化させてチャンネルの表面に酸化鉄による触媒担持層を形成することによって、高温の温度雰囲気下でも触媒担持層が触媒層と共に剥離したり相変異を起こすなどの問題を防止することができる。したがって、触媒担持層に対する耐久性が向上することによって、燃料改質装置の寿命を延長させ、さらに燃料改質装置の信頼性を向上させることもできる。
【００２３】
また、実施形態によると、燃料改質装置を製造することにおいて、基板の材質と互いに異なる触媒担持層をチャンネルの表面に別途にコーティングする一般の工程と異なって、基板のチャンネル表面を酸化処理して酸化鉄による触媒担持層を形成することによって、全体装置の製造工程を単純化することができる。その結果、燃料改質装置の生産性をさらに向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について当業者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は多様で相異なる形態で実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されるわけではない。
【００２５】
図１は本発明の第１実施形態による燃料改質装置を示す斜視図である。
この図面を参照すると、本発明の実施形態による燃料改質装置１００は燃料の酸化反応によって熱を発生させ、この熱を利用した気体燃料の改質反応によって水素を含む改質ガスを発生させる。
【００２６】
燃料としてはメタノール、エタノール、ＬＰＧ、ＬＮＧ、ガソリンなどのように水素を含む炭化水素系の液体及び気体燃料、或いはブタンを主成分とする気体燃料を適用することができる。
【００２７】
このような燃料改質装置１００は、改質ガスの酸化反応及び酸化剤ガスの還元反応を通じて電気エネルギーを発生させる通常の燃料電池システムに採用されてスタックに改質ガスを提供する機能を果たす。
【００２８】
ここで、燃料改質装置１００は酸化剤ガスとして別途の貯蔵手段に貯蔵された酸素ガスを使用することもでき、また、酸素を含有している空気をそのまま使用することもできる。しかし、以下では後者を例として説明する。  
前述のような燃料改質装置１００は、気体燃料及び空気（以下、“第１反応物”という）の酸化反応によって熱エネルギーを発生させる熱源部１０と、この熱エネルギーを利用した気体燃料及び水（以下、“第２反応物”という）の水蒸気改質反応（Ｓｔｅａｍ Ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ:ＳＲ）で改質ガスを発生させる改質反応部３０とを有する。
【００２９】
このような燃料改質装置１００は、熱源部１０と改質反応部３０とを順次に配置して構成される積層式改質装置からなる。熱源部１０は第１反応物の酸化反応によって、既に設定された温度範囲の熱エネルギーを発生させ、この熱エネルギーを改質反応部３０に提供する。この時、熱源部は第２反応物の改質反応に必要なほぼ６００℃〜８００℃の熱エネルギーを発生させる。
【００３０】
図２は図１の分解斜視図であり、図３は図１の縦断面構成図で、これら図面を基準にする時、本実施形態による熱源部１０は第１反応物の流れを可能にする第１チャンネル１１ｃを有するプレートタイプの第１反応基板１１を有する。
本実施形態による改質反応部３０は、第１反応基板１１のチャンネル形成面（上面）に密着するように接合され、第２反応物の流れを可能にする第２チャンネル３１ｃを有するプレートタイプの第２反応基板３１を有する。
【００３１】
このような改質装置１００は、第１反応基板１１のチャンネル形成面に密着して第１チャンネル１１ｃによって第１反応物を流動させる第１通路１１ｄを形成し、第２反応基板３１のチャンネル形成面に密着して第２チャンネル３１ｃによって第２反応物を流動させる第２通路３１ｄを形成する密着部４０を有する。
【００３２】
ここで、密着部４０は第１通路１１ｄを形成する第２反応基板３１と第２反応基板３１のチャンネル形成面に密着するように接合され、第２通路３１ｄを形成する蓋プレート５０を有する。
本実施形態によると、第１反応基板１１はステンレス鋼（ＳＵＳ）からなる四角プレート形状に形成される。この時、第１チャンネル１１ｃは第１反応基板１１の上面に複数で形成されるが、第１反応基板１１の上面から任意の間隔で突出して形成されるリブによって形成される。
【００３３】
このような第１チャンネル１１ｃは、第１反応基板１１の一側端部から他側端部に連結される溝形態で形成される。
これに加えて、第１チャンネル１１ｃの内表面には第１反応物の酸化反応を促進させる通常の酸化触媒層１１ｅが形成される。そして、第１チャンネル１１ｃの内表面と酸化触媒層１１ｅとの間には、この酸化触媒層１１ｅを支持する第１触媒担持層１１ｆが備えられる。
【００３４】
この第１触媒担持層１１ｆは、第１チャンネル１１ｃの内表面を酸化処理して形成される酸化鉄皮膜形態からなる。好ましくは、前記第１触媒担持層１１ｆはＦｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＦｅＯなどの酸化鉄からなる。
本実施形態によると、第２反応基板３１はステンレス鋼（ＳＵＳ）からなる四角プレート形状をし、第１反応基板１１の上面にその下面が密着するように配置される。この時、第２チャンネル３１ｃは第２反応基板３１の上面から任意の間隔で突出して形成されるリブの間の空間によって形成される。
【００３５】
このような第２チャンネル３１ｃは、第２反応基板３１の角部に対して、孔として対角線方向に配置される一対のマニホールド３１ｍに溝形態で連結されるように、形成される。
さらに、第２チャンネル３１ｃは内表面に第２反応物の改質反応を促進させる通常の改質触媒層３１ｅを形成する。そして、第２チャンネル３１ｃの内表面と改質触媒層３１ｅとの間には、この改質触媒層３１ｅを支持する第２触媒担持層３１ｆが形成される。
【００３６】
この第２触媒担持層３１ｆは第２チャンネル３１ｃの内表面を酸化処理して形成される酸化鉄皮膜形態からなる。本実施形態において、第２触媒担持層３１ｆはＦｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＦｅＯなどの酸化鉄からなる。
【００３７】
以上のように、本発明による燃料改質装置１００は、図面を基準にする時、その構成要素として第１反応基板１１、第２反応基板３１及び蓋プレート５０を密着して積層し、これらが相互接合して構成される。ただし、本発明がこれに限定されるわけではなく、第１反応基板１１と第２反応基板３１を一対として、これらを連続的に密着するように積層し、最上側第２反応基板３１の上面に蓋プレート５０を密着するように配置して、これらが相互接合する構造からなることもできる。
【００３８】
ここで、第１反応基板１１、第２反応基板３１及び蓋プレート５０はボルト及びナットなどのような通常の締結部材によって相互密着して接合することができ、溶接またはブレイジング（ｂｒａｚｉｎｇ）等の通常の接合方式によって相互密着して接合することもできる。
【００３９】
図４は本発明の第１実施形態による燃料改質装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。
図４を参照すると、本発明の例示的な実施形態による燃料改質装置の製造方法は、ステンレス鋼からなる複数の基板を準備する段階（Ｓ１０）と、基板の上面をエッチングして、チャンネルを形成する段階（Ｓ２０）と、チャンネルの内表面を酸化処理して触媒担持層を形成する段階（Ｓ３０）と、触媒担持層上に触媒層を形成する段階（Ｓ４０）と、基板を積層されるように接合し、最上側基板の上面に蓋プレートを接合する段階（Ｓ５０）とを有する。
【００４０】
図５Ａ乃至図５Ｅは、本発明の第１実施形態による燃料改質装置の製造方法を説明するための各段階別断面構成図である。
図５Ａを参照すると、まず、Ｓ１０段階としてステンレス鋼の素材からなる複数の基板６１を準備する。
【００４１】
図５Ｂを参照すると、Ｓ２０段階では基板６１を通常の異方性または等方性エッチングして、この基板６１の上面に所定の幅と深さを有するチャンネル６３を形成する。この時、基板６１の上面には任意の間隔を有する複数のリブが突出して形成され、これらリブの間の空間が前記チャンネル６３を構成する。
【００４２】
図５Ｃを参照すると、Ｓ３０段階として高温雰囲気、ほぼ５００℃〜９００℃の温度雰囲気で通常の熱酸化方式で基板６１のチャンネル６３の内表面を酸化させる。この時、酸化ソースとして酸素または酸化溶液などを用いることができる。
この時、前記基板６１のチャンネル６３の内表面が酸素または酸化溶液によって酸化されながら、このチャンネル６３の内表面には膜形態の触媒担持層６４が形成される。このような触媒担持層６４は酸化鉄皮膜、好ましくは、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＦｅＯなどの酸化鉄からなる。
【００４３】
図５Ｄを参照すると、Ｓ４０段階として通常のスラリー法などで触媒担持層６４上に触媒層６５を形成する。ここで、前記触媒層６５は燃料改質装置を構成する熱源部及び改質反応部自体の固有の反応を促進させるそれぞれの触媒層を有してもよい。
図５Ｅを参照すると、Ｓ５０段階として前記のような一連の工程を通じて製造された複数の基板６１を順次に積層し、最上側基板６１の上面に蓋プレート７０を積層した状態でこれらを相互接合させると、本発明の実施形態による燃料改質装置１００の製造が完了する。
【００４４】
上述した本発明によると、従来のようにステンレス鋼からなる基板のチャンネル内表面にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のような別途の担持触媒層を形成せず、チャンネル６３の内表面を直接的に酸化処理して酸化鉄皮膜からなる触媒担持層６４を形成し、この触媒担持層６４上に触媒層６５を形成する。これによると、触媒担持層６４と触媒層６５の親和性が優れていて触媒コーティング強度を向上させることができる。また、ほぼ６００℃〜８００℃を維持する燃料改質装置１００の固有の運転温度条件下でも触媒担持層６４が触媒層６５と共に剥離したり相変異を起こすなどの問題を解決することができる。
【００４５】
図６は本発明の第２実施形態による燃料改質装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。
図面を参照すると、本発明の例示的な他の実施形態による燃料改質装置の製造方法は、ステンレス鋼からなる複数の基板を準備する段階（Ｓ１１０）と、基板の上面をエッチングしてチャンネルを形成する段階（Ｓ１２０）と、基板を積層されるように接合し、最上側基板の上面に蓋プレートを接合する段階（Ｓ１３０）と、チャンネルの内表面を酸化処理して触媒担持層を形成する段階（Ｓ１４０）と、触媒担持層上に触媒層を形成する段階（Ｓ１５０）とを有する。
【００４６】
図７Ａ乃至図７Ｅは、本発明の第２実施形態による燃料改質装置の製造方法を説明するための各段階別断面構成図である。
図７Ａ及び図７ｂを参照すると、まず、Ｓ１１０段階及びＳ１２０段階では前記実施形態のように、ステンレス鋼の素材からなる複数の基板１６１を準備し、この基板１６１の上面にチャンネル１６３を形成する。
【００４７】
図７Ｃを参照すると、Ｓ１３０段階ではチャンネル１６３を形成している複数の基板１６１を順次に積層し、最上側基板１６１の上面に蓋プレート１７０を積層した状態で、これらを相互接合させる。
図７Ｄを参照すると、Ｓ１４０段階ではほぼ５００℃〜９００℃を維持する温度雰囲気で各基板１６１のチャンネル１６３内部に酸素または酸化溶液を提供する通常の熱酸化方式でチャンネル１６３の内表面を酸化させる。この時、各基板１６１のチャンネル１６３内表面には膜形態の触媒担持層１６４が形成される。このように高温で酸素と急激に反応して形成される酸化鉄皮膜は、耐食性及び強度が優れているので、チャンネルの内面から簡単に離脱しない。
【００４８】
図７Ｅを参照すると、Ｓ１５０段階では通常のスラリー方法などで各基板１６１のチャンネル１６３内部に触媒物質を提供して、触媒担持層１６４の上に触媒層１６５を形成する。
したがって、前記のような一連の製造工程を通じて本発明の第２実施形態による燃料改質装置の製造を完了する。
【００４９】
本実施形態による燃料改質装置のさらに詳しい製造工程及び作用は第１実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
図８は本発明の第３実施形態による燃料改質装置を示した断面図である。前記図面を参照して説明すると、本実施形態による燃料改質装置２００は気体燃料と空気の酸化反応によって熱エネルギーを発生させる熱源部２１０と、この熱エネルギーを利用して改質ガスを発生させる改質反応部２３０と、蓋プレート２５０とを順次に配置して構成される。
【００５０】
熱源部２１０は燃料と空気の流れを可能にする第１チャンネル２１１ｃを有するプレートタイプの第１反応基板２１１を有する。
改質反応部２３０は第１反応基板２１１の上面に密着するように接合され、気体燃料と水の流れを可能にする第２チャンネル２３１ｃを有するプレートタイプの第２反応基板２３１を有する。
【００５１】
このような燃料改質装置２００は、第２反応基板２３１が第１反応基板２１１のチャンネル形成面に密着して第１チャンネル２１１ｃによって第１通路２１１ｄを形成し、蓋プレート２５０が第２反応基板２３１のチャンネル形成面に密着して第２チャンネル２３１ｃによって第２通路２３１ｄを形成する。
【００５２】
本第３実施形態によると、第１反応基板２１１と第２反応基板２３１はニッケル鋼からなる四角プレート形状に形成される。本発明におけるニッケル鋼は、ニッケルを主成分とする鋼で、ニッケル合金鋼を含む広義のニッケル鋼を意味する。
そして、第１チャンネル２１１ｃの内表面には酸化反応を促進させる酸化触媒層２１１ｅが形成され、第１チャンネル２１１ｃと酸化触媒層２１１ｅとの間には酸化触媒層２１１ｅを支持する第１触媒担持層２１１ｆが形成される。この第１触媒担持層２１１ｆはニッケル合金鋼からなる第１反応基板２１１を酸化処理して形成される酸化鉄皮膜からなる。
【００５３】
また、第２反応基板２３１に形成される第２チャンネル２３１ｃの内表面には改質触媒層２３１ｅが形成され、第２チャンネル２３１ｃと改質触媒層２３１ｅとの間には改質触媒層２３１ｅを支持する第２触媒担持層２３１ｆが形成される。この第２触媒担持層２３１ｆは第２反応基板２３１を酸化処理して形成される酸化膜からなる。
前記ニッケル合金鋼の酸化には、前記第１実施形態と同様に熱酸化方式が適用される。このように形成される第１触媒担持層２１１ｆと第２触媒担持層２３１ｆはＦｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＦｅＯなどを主成分とする酸化鉄皮膜形態からなる。
【００５４】
このように本実施形態によると、耐熱性が非常に優れたニッケル合金鋼で反応基板を製造して、反応基板の寿命を向上させることができる。また、ニッケル鋼を高温で酸化させて、チャンネルの表面に触媒担持層を形成することによって、高温の雰囲気下でも触媒担持層が剥離されたり、相変異を起こすことを防止できる。
【００５５】
図９は本発明の第４実施形態による燃料改質装置を示す断面図である。前記図面を参照して説明すると、本実施形態による燃料改質装置３００は気体燃料と空気の酸化反応によって熱エネルギーを発生させる熱源部３１０と、この熱エネルギーを利用して改質ガスを発生させる改質反応部３３０及び蓋プレート３５０を順次に配置して構成される。
熱源部３１０は燃料と空気の流れを可能にする第１チャンネル３１１ｃを有するプレートタイプの第１反応基板３１１を含む。
【００５６】
改質反応部３３０は、第１反応基板３１１の上面に密着するように接合され、気体燃料と水の流れを可能にする第２チャンネル３３１ｃを有するプレートタイプの第２反応基板３３１を含む。
このような燃料改質装置３００は、第２反応基板３３１が第１反応基板３１１のチャンネル形成面に密着して、第１チャンネル３１１ｃによって第１通路３１１ｄを形成し、蓋プレート３５０が第２反応基板３３１のチャンネル形成面に密着して、第２チャンネル３３１ｃによって第２通路３３１ｄを形成する。
【００５７】
本実施形態によると、第１反応基板３１１と第２反応基板３３１はクロム鋼からなる四角プレート形状に形成される。本発明におけるクロム鋼はクロムを主成分とする鋼で、クロム合金鋼を含む広義のクロム鋼を意味する。
そして、第１チャンネル３１１ｃの内表面には酸化反応を促進させる酸化触媒層３１１ｅが形成され、第１チャンネル３３１ｃと酸化触媒層３１１ｅとの間には酸化触媒層３１１ｅを支持する第１触媒担持層３１１ｆが形成される。この第１触媒担持層３１１ｆはクロム合金鋼からなる第１反応基板３１１を酸化処理して形成される酸化膜からなる。
【００５８】
また、第２反応基板３３１に形成される第２チャンネル３３１ｃの内表面には改質触媒層３３１ｅが形成され、第２チャンネル３３１ｃと改質触媒層３３１ｅとの間には改質触媒層３３１ｅを支持する第２触媒担持層３３１ｆが形成される。この第２触媒担持層３３１ｆは第２反応基板３３１を酸化処理して形成される酸化膜からなる。
前記クロム鋼の酸化は前記第１実施形態と同様に熱酸化方式を適用することができる。このように形成される第１触媒担持層３１１ｆと第２触媒担持層３３１ｆはＦｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＦｅＯなどを主成分とする酸化鉄皮膜形態からなる。
【００５９】
このように本実施形態によると、耐食性が非常に優れたクロム鋼で反応基板を製造して、反応基板の寿命を向上させることができる。また、クロム鋼を高温で酸化させてチャンネルの表面に触媒担持層を形成することによって、高温の雰囲気下でも触媒担持層が剥離されたり、相変異を起こすことが防止できる。
【００６０】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これもまた本発明の範囲に属することは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料改質装置を示した斜視図である。
【図２】図１の分解斜視図である。
【図３】図１の縦断面構成図である。
【図４】本発明の第１実施形態による燃料改質装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図５Ａ】本発明の第１実施形態による燃料改質装置の製造方法を説明するための段階別断面構成図である。
【図５Ｂ】本発明の第１実施形態による燃料改質装置の製造方法を説明するための段階別断面構成図である。
【図５Ｃ】本発明の第１実施形態による燃料改質装置の製造方法を説明するための段階別断面構成図である。
【図５Ｄ】本発明の第１実施形態による燃料改質装置の製造方法を説明するための段階別断面構成図である。
【図５Ｅ】本発明の第１実施形態による燃料改質装置の製造方法を説明するための段階別断面構成図である。
【図６】本発明の第２実施形態による燃料改質装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図７Ａ】本発明の第２実施形態による燃料改質装置の製造方法を説明するための段階別断面構成図である。
【図７Ｂ】本発明の第２実施形態による燃料改質装置の製造方法を説明するための段階別断面構成図である。
【図７Ｃ】本発明の第２実施形態による燃料改質装置の製造方法を説明するための段階別断面構成図である。
【図７Ｄ】本発明の第２実施形態による燃料改質装置の製造方法を説明するための段階別断面構成図である。
【図７Ｅ】本発明の第２実施形態による燃料改質装置の製造方法を説明するための段階別断面構成図である。
【図８】本発明の第３実施形態による燃料改質装置を示す断面図である。
【図９】本発明の第４実施形態による燃料改質装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０、２１０、３１０    熱源部
１１、２１１、３１１    第１反応基板
１１ｃ、２１１ｃ、３１１ｃ  第１チャンネル
１１ｄ、２１１ｄ  第１通路
１１ｅ、２１１ｅ、３１１ｅ  酸化触媒層
１１ｆ、２１１ｆ、３１１ｆ  第１触媒担持層
３０、２３０、３３０    改質反応部
３１、２３１、３３１    第２反応基板
３１ｃ、２３１ｃ、３３１ｃ  第２チャンネル
３１ｄ、２３１ｄ  第２通路
３１ｅ、２３１ｅ、３３１ｅ  改質触媒層
３１ｆ、２３１ｆ、３３１ｆ  第２触媒担持層
３１ｍ    マニホールド
５０、７０、１７０、２５０、３５０    蓋プレート
６１、１６１    基板
６３、１６３    チャンネル
６４、１６４    触媒担持層
６５、１６５    触媒層
１００、３００    燃料改質装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８】
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【図９】
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